JP2014196993A - センサユニット、および内面形状検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定死角を低減する内面形状検査装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るセンサユニット（１０１）は、部材（１１２）に形成された穴（１１３）の内面形状を測定するためのセンサユニット（１０１）であって、レーザ光源（１０６）から発振されたレーザ光（２０１）を、該レーザ光の入射方向斜め前方へ向けて、円錐状のリングレーザ光（２０１Ｒ）として出射する出射部（１０７、６０７）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサユニット、および内面形状検査装置に関し、より詳細には、リングレーザ光により穴の内壁面の形状を画像データとして取得するセンサユニット、および内面形状検査装置に関するものである。

従来、リングレーザを小径管の内面に照射して該内面に光リングを生成し、該光リングを撮影して得られた画像から上記小径管の内面の３次元形状を演算し、該内面の状態を測定することが提案されている（特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１に開示された管内形状測定装置の撮像部の側面図である。図１０（ａ）において、管内形状測定装置の撮像部１０００は、レーザ光１００５（リングレーザ光１００６）に対して透明な円筒ガラス管１００１と、カメラ１００２と、レーザ光１００５を照射するレーザ光源１００３と、円錐ミラー１００４とを備える。円錐ミラー１００４は、レーザ光源１００３から出射されたレーザ光１００５を該レーザ光１００５の光軸方向に対して鉛直方向に反射して鉛直リングレーザ光１００６を形成する。該鉛直リングレーザ光１００６は、円筒ガラス管１００１の側壁１００１ａから出射され、撮像部１０００が被測定物である穴の内部に挿入される場合、該穴の内面（内壁面）に照射される。このように、図１に示す撮像部１０００は、鉛直リングレーザ光１００６を円筒ガラス管１００１の側壁１００１ａから出射する側面出射構造である。被測定物である穴の内面には鉛直リングレーザ光１００６によって照射された照射領域（以降、「光リング」とも呼ぶ）が形成され、該照射領域はカメラ１００２によって撮影される。測定時は、撮像部１０００を、被測定物である穴１００７に挿入し、鉛直リングレーザ光１００６を穴１００７の内面に照射しながら矢印方向Ｐに沿って移動させ、上記内面に形成された光リングをカメラ１００２にて撮影する。管内形状測定装置の演算部（不図示）は、該撮影された光リング画像からカメラ５の移動距離を算出する。

特開２０１０−２２３７１０号公報

特許文献１に開示された技術では、円筒ガラス管１００１の側壁１００１ａを通して出射する構造である側壁出射構造において、上述のように算出されたカメラ５の移動距離を用いて穴１００７の内面の３次元形状を測定する。しかしながら、図１０（ａ）のように、撮像部１０００の進行方向Ｐに対して鉛直方向に鉛直リングレーザ光１００６を照射すると、底面を有する穴１００７を測定する場合、穴１００７の内面（測定対象面）において測定不可領域が発生してしまう。図１０（ｂ）は、撮像部１０００の測定時の進行方向Ｐに対して鉛直方向にリングレーザ光を照射する場合の、上記測定不可領域が発生することを説明するための図である。

撮像部１０００では、進行方向Ｐに対して鉛直方向に出射される鉛直リングレーザ光１００６の生成のために円錐ミラー１００４を設けている。従って、円錐ミラー１００４の存在により、円錐ミラー１００４においてレーザ光１００５が反射する部分と、撮像部１０００の先端部である円筒ガラス管１００１の一方端１００１ｂとの間は離間せざるを得ない。よって、一方端１００１ｂを穴１００７の底面１００７ａに接触させても、図１０（ｂ）に示す領域１０２１には鉛直リングレーザ光１００６は照射されない。領域１０２１は、鉛直リングレーザ光１００６による光リングが生成されない領域であるので、測定不可領域となる問題がある。

そこで、本発明は、従来のような測定不可領域（測定死角）を低減する内面形状検査装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、部材に形成された穴の内面形状を測定するためのセンサユニットであって、レーザ光源から発振されたレーザ光を、該レーザ光の入射方向斜め前方へ向けて、円錐状のリングレーザ光として出射する出射部を備える。

本発明の第２の態様は、内面形状検査装置であって、本発明の第１の態様に係るセンサユニットと、該センサユニットに接続され、該センサユニットを該穴に挿入するロボットと、該撮像部にて得られた撮影画像から該穴の断面形状を取得する演算部とを備える。

本発明は、部材に形成された穴の内面形状を測定するためのセンサユニットであって、レーザ光源から発振されたレーザ光を、該レーザ光の入射方向斜め前方へ向けて、円錐状のリングレーザ光として出射する出射部を備えることにより、部材に形成された穴の内面形状検査における測定死角を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る内面形状検査装置の模式図である。 本発明の第１実施形態に係る内面形状検査装置の検査プロセスを説明するための概念図である。 本発明の第１実施形態に係る円錐状リングレーザ光の出射方向の違いを説明するための概念図である。 本発明の第１実施形態に係る画像データを説明するための概念図である。 本発明の第１実施形態に係る画像データを説明するための概念図である。 本発明の第１実施形態に係る内面形状検査装置の制御フローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る内面形状検査装置の模式図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサユニットの一部の模式図である。 本発明の第２実施形態に係る内面形状検査の処理手順のフローチャートである。 本発明のその他の実施形態に係る円錐レンズの例を示す図である。 特許文献１の技術を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る内面形状検査装置の模式図である。内面形状検査装置１００は、センサユニット１０１、多関節ロボット１０２、制御装置１０３及びロボットコントローラ１０４を備える。内面形状検査装置１００は、入出力手段である入力操作部１１８及び表示部１１９に接続される。

センサユニット１０１は、円筒ガラス１０５、レーザ光源１０６、円錐ミラー１０７、内視鏡１０８、カメラ１０９及び補正用センサ１１０を備え、円錐状のリングレーザ光を検査対象の穴１１３の内面に照射し、その投影像を撮影する機能を有する。

円筒ガラス１０５は、中空部と、端面としての一方端１０５ａ（即ち、円筒ガラス１０５の底面）とを有し、検査対象の穴に応じ設計された外径（例えば外径７ｍｍ）を有する。円筒ガラス１０５および一方端１０５ａは、レーザ光源１０６から発振されたレーザ光に対して透明である。レーザ光源１０６、円錐ミラー１０７及び内視鏡１０８は、測定の妨げとならない所定の支持部材により円筒ガラス１０５の中空部に固定され、レーザ光源１０６の光軸並びに円錐ミラー１０７及び内視鏡１０８の中心軸は、好ましくは互いに一致する。なお、レーザ光源１０６が円筒ガラス１０５の外部に設けられ、内視鏡１０８がレーザ光源１０６から出射されたレーザ光をスコープ部１０８ａから出射する機能を有し、レーザ光が内視鏡１０８から出射される構成であってもよい。

レーザ光源１０６は、適宜選択された波長を有するレーザ光を出射するＬＥＤレーザやスポットレーザである。

円錐ミラー１０７は、レーザ光源１０６から発振されたレーザ光を、該レーザ光の入射方向斜め前方へ向けて、円錐状のリングレーザ光として出射する出射部であり、好ましくは９０度未満の頂角を有する円錐形のミラーである。ここで、「入射方向斜め前方」とは、円錐ミラー１０７（又は後述する円錐レンズ６０７）に対してレーザ光の入射方向とは反対側であって、レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸に対して所定の角度（検査対象の穴の内側面に対して垂直となる角度を除く）を有する方向である。また、円錐ミラー１０７の頂点が鋭く尖っていることにより、撮像された画像の輝度ピークが先鋭化し、詳細な画像解析が可能になる。

内視鏡１０８は、レーザ光源１０６側にスコープ部１０８ａを有し、スコープ部１０８ａとは反対側でカメラ１０９に接続されている。内視鏡１０８の内部には複数の光ファイバ、又は、複数のレンズからなるリレーレンズを備え、スコープ部１０８ａから入力された光は、該光ファイバ又はリレーレンズを通じてカメラ１０９へ出力される。リレーレンズを内部に備えた内視鏡１０８を用いることで、レーザ光が入射方向斜め前方に照射される構成における撮像輝度の低下が低減され、その結果、高分解能（例えば４００万画素）のカメラ１０９の使用が可能になる。

カメラ１０９は、適宜選択された分解能を有し、画像データ（即ち、カメラ１０９の各画素における輝度値）をデジタル信号として出力するデジタルカメラ（例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ）である。なお、センサユニット１０１が内視鏡１０８を備えず、カメラ１０９が検査対象の穴の内面を直接撮像する構成であってもよい。

補正用センサ１１０は、多関節ロボット１０２の軌跡精度を向上させるために用いられる３軸加速度センサであり、センサユニット１０１の一部（例えばカメラ１０９）又は多関節ロボット１０２のヘッド部分に固定される。移動後の多関節ロボット１０２（又はセンサユニット１０１）の位置は、ロボットコントローラ１０４からの制御信号で示された位置すべき位置（即ち、設計された基準位置）から実際にはずれている場合がある。そこで、補正用センサ１１０は、基準位置と多関節ロボット１０２の実際の位置との間のずれを補正するための信号を補正演算部１１４に出力する。

多関節ロボット１０２は、ロボットコントローラ１０４からの制御信号に応じて、所定の位置にセンサユニット１０１を移動させる。例えば、検査対象の穴１１３の深さ方向をｚ軸とし、該深さ方向に垂直な方向をｘ、ｙ軸とすると、穴１１３に挿入されたセンサユニット１０１の位置は空間座標（ｘ、ｙ、ｚ）で表される。

制御装置１０３は、種々の演算、制御、判断等の処理を実行するＣＰＵや、ＣＰＵにより実行されるプログラム及び様々なデータを格納するメモリ等を含むコンピュータであり、センサユニット１０１及びロボットコントローラ１０４の各機能を制御する。また、制御装置１０３は、補正用センサ１０９からの信号を基に検査対象の穴１１３の内面の座標データを補正する補正演算部１１４と、レーザ光源１０６の出力を制御するレーザ制御部１１５とを含む。さらに、制御装置１０３は、カメラ１０９により取得された画像データを記憶する画像メモリ１１６と、画像データを解析するデータ演算部１１７（欠陥抽出部）とを含む。

ロボットコントローラ１０４は、制御装置１０３からの制御信号に応じて多関節ロボット１０２の駆動を制御する。入力操作部１１８は、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボード、マウス、各種スイッチなどを含む。表示部１１９は、内面形状検査装置１００の入力・設定状態、各種測定結果などをはじめとする種々の表示を行うディスプレイ、プリンタ、外部機器などである。

図２は、本実施形態に係る内面形状検査装置による検査プロセスを説明するための概念図である。まず、多関節ロボット１０２が、センサユニット１０１を移動させ、基板支持台１１１上の被検査部材（ワーク）１１２に形成された検査対象の穴１１３に挿入する。その後、多関節ロボット１０２は、センサユニット１０１を、検査対象の穴１１３の内を検査方向Ｐに所定の速度で移動させる。それにともない、センサユニット１０１は、円錐状のリングレーザ光２０１Ｒを穴１１３の内面に照射し、照射された穴１１３の内面を所定の時間間隔で撮像し、画像データを取得する。そして、内面形状検査装置１００は、取得した画像データを解析することで、検査対象の穴１１３の内面の欠陥（即ち、傷、撓み等の設計形状と異なる形状）を検出する。以下、詳細に説明する。

検査プロセスの間、レーザ光源１０６から出射されたレーザ光２０１は、円錐ミラー１０６の頂点を含む領域に照射され、円錐リング状に反射される。円錐状のリングレーザ光２０１Ｒは、レーザ光２０１の入射方向斜め前方に向けられ、円筒ガラス１０５を通じて穴１１３の内面（内側面１１３ａ又は内底面１１３ｂ）に照射される（破線円２０２）。なお、図３（ａ）に示されるように、円錐状のリングレーザ光２０１Ｒが円筒ガラス１０５の側面から出射されるように円錐ミラー１０７の頂角θ１（＜９０°）が設計されてもよい。また、図３（ｂ）に示されるように、円錐状のリングレーザ光２０１Ｒが円筒ガラス１０５の一方端１０５ａから出射されるように頂角θ２が設計されてもよい（＜θ１＜９０°）。

円錐状のリングレーザ光２０１Ｒが入射方向斜め前方に向けられるため、センサユニット１０１は、図２（ｂ）に示されるように、底部を有する検査対象の穴１１３の内底面１１３ｂまで内側面１１３ａ（破線円２０４）を検査することができる。そのため、内面形状検査装置１００は、従来のような測定不可領域（測定死角）を大幅に低減することができる。

円錐状のリングレーザ光２０１Ｒで照射された内面（内側面１１３ａ）が入る視野２０３を有する内視鏡１０８のスコープ部１０８ａを通じて、カメラ１０９は、該照射された内面を撮像する。カメラ１０９により取得された画像データは、穴１１３の内面の座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）と関連付けられ、制御装置１０３の画像メモリ１１６に記憶される。該移動量は、センサユニット１０１の移動速度とカメラ１０９の撮像時間間隔から算出される。また、補正演算部１１４において、補正用センサ１１０からの信号を基に穴１１３の内面の座標データが補正され、画像データは、該補正された座標データと関連付けられて記憶される。

例えば、図４Ａに示されるように、センサユニット１０１が検査対象の穴１１３内の位置ｚ１、ｚ２、…ｚｎにおいて穴１１３の内側面１１３ａの画像データＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを取得する場合を想定する。

センサユニット１０１は、一定速度ｖ_０で移動しながら、所定の時間間隔Ｔで撮像するとする。センサユニット１０１の位置は、時刻ｔ_１ではｚ_１であり、時刻ｔ_２ではｚ_２（＝ｖ_０ｘＴ＋ｚ_１）であり、時刻ｔ_ｎではｚ_ｎ（＝ｖ_０ｘＴ＋ｚ_ｎ―１）である。センサユニット１０１が検査対象の穴１１３の中心軸上を移動している場合には、ｘｙ平面における内側面１１３ａ上の座標データ（ｘ，ｙ）は設計上既知となる。そのため、センサユニット１０１のｚ位置（即ち移動量）がセンサユニット１０１の移動速度と撮像時間間隔Ｔから求まると、内側面１１３ａの座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）４００が求まることになる。なお、センサユニット１０１の実際の位置が基準位置からずれている場合には、補正用センサ１１０からの信号を基に補正演算部１１４で内側面１１３ａの座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）を補正するようにすればよい。このようにして、画像データＤ１〜Ｄｎは、座標データ４００と関連づけられ、画像メモリ１１６に記憶される。

画像メモリ１１６に記憶された画像データＤ１〜Ｄｎはデータ演算部１１７で合成され、図４Ｂに示されるような３次元画像データ４０１が生成される。データ演算部１１７は、３次元画像データ４０１と、穴１１３の形状の設計値である既知のマスタデータ４０２とを比較する。データ演算部１１７は、３次元画像データ４０１にマスタデータ４０２と異なる部分４０３が存在する場合、その部分４０３を欠陥であると判断し、欠陥を抽出し、そして、その結果を表示部１１９に出力する。このようにして、内面形状検査装置１００は、検査対象の穴１１３の内面形状の欠陥を検出することができる。

上述したように構成された内面形状検査装置１００を用いた、検査対象となる穴の検査手順を図５に示されたフローチャートを用いて以下に説明する。例えば制御装置１０３が有するＣＰＵによって実行される処理である。従って、処理の制御は、制御装置１０３が有するＣＰＵが、制御装置１０３のメモリ部に格納された図５に示す処理を行うプログラムを読み出し、該プログラムを実行することによって行われる。

本実施形態では、制御装置１０３のメモリ部は、様々なワークに関する情報（穴の個数、穴の深さ（穴底までの距離）、穴が複数ある場合は穴の間隔など）を保持している。よって、ユーザが入力操作部１１８を介して検査対象のワークを特定する情報を入力すると、制御装置１０３は、メモリ部を参照して、検査対象となるワークの種類を抽出することができる。また、ロボットコントローラ１０４は、ワークの種類毎に該ワークの穴の各々に定速でセンサユニット１０１を挿入し、該穴の底部までセンサユニット１０１を移動させるよう多関節ロボット１０２を制御するように構成されている。さらに、ロボットコントローラ１０４は、多関節ロボット１０２の駆動によりセンサユニット１０１が穴１１３の底面まで到達したと判断する際には、制御装置１０３に、センサユニット１０１が穴の底面まで到達したことを示す移動完了情報を送信するように構成されている。

本実施形態に係る内面形状検査を行うために、基板支持台１１１上に３つの穴１１３が設けられたワーク１１２がセットされると想定する。ユーザが入力操作部１１８を介して、基板支持台１１１上に載置したワーク１１２の種類を入力し、測定開始を指示すると、制御装置１０３は、ユーザからの測定開始指示、およびワークの種類を受付ける（ステップＳ５０１）。ステップＳ５０２では、レーザ制御部１１５は、レーザ光源１０６を駆動してレーザ光２０１を出射させる。これにより、円錐ミラー１０７に入射したレーザ光２０１は、リングレーザ光２０１Ｒとして出射され、穴１１３の内側面に照射される。

ステップＳ５０３では、制御装置１０３は、ロボットコントローラ１０４にユーザが入力したワーク１１２の種類に関する種類情報を送信し、ロボットコントローラ１０４に、センサユニット１０１が検査対象となる穴１１３の測定開始位置に位置するように多関節ロボット１０２を駆動させる。すなわち、ロボットコントローラ１０４は、制御装置１０３から送信された種類情報に基づいて多関節ロボット１０２を制御して、ステップＳ５０１にてユーザに指定されたワーク１１２の穴１１３を測定するように測定開始位置にセンサユニット１０１を位置させる。

ステップＳ５０４では、制御装置１０３は、ロボットコントローラ１０４に駆動コマンドを送信し、ロボットコントローラ１０４に多関節ロボット１０２の駆動を開始させる。ロボットコントローラ１０４は、上記種類情報により、検査対象の穴１１３の深さ（穴の開口面から底面までの距離）を認識しているので、多関節ロボット１０２を制御して、センサユニット１０１が穴１１３の底面に到達するまでセンサユニット１０１を一定の速度で穴１１３内に挿入させる。すなわち、多関節ロボット１０２は、カメラ１０９の撮影間隔に対応するピッチでセンサユニット１０１のセンシング部分を、穴１１３の底面に到達するまで等速で穴１１３の内部に挿入する。なお、ロボットコントローラ１０４は、上述のように、現在検査中の穴１１３の深さを認識しているので、多関節ロボット１０２の制御量（センサユニット１０１の穴の深さ方向の移動量）が穴１１３の深さと一致すると、センサユニット１０１が穴１１３の底面まで到達したと判断し、制御装置１０３に移動完了情報を送信する。

ステップＳ５０５では、制御装置１０３は、上記ステップＳ５０４と同時に、カメラ１０９に撮影コマンドを送信し、カメラ１０９に穴１１３の内面に照射されたリングレーザ光２０１Ｒによる照射像である光リングを撮影させ、撮影画像を取り込ませる。また、制御装置１０３は、カメラ１０９への撮影コマンドと同時に、補正用センサ１１０に検知開始コマンドを送信し、補正用センサ１１０としての、３軸加速度センサの検知を開始させる。ステップＳ５０４とステップＳ５０５とを同時に行うことにより、センサユニット１０１のセンシング部分を穴１１３の深さ方向に移動させると同時に、リングレーザ光２０１Ｒにより形成された光リングの投影像を撮影し、該撮影と同期して補正用センサ１１０による検知を行う。カメラ１０９は、所定の撮影間隔で穴１１３の内面に形成された光リングを撮影し、該撮影毎に撮影画像データを生成し、制御装置１０３に送信する。補正用センサ１１０は、３軸加速度センサによる検知結果によって出力される基準位置に対するずれを補正するための信号を、同期して生成された撮影画像データと関連付けて制御装置１０３に送信する。制御装置１０３は、カメラ１０９から受信した撮影画像データを画像メモリ１１６に格納し、補正用センサ１１０から受信した信号を制御装置１０３が備えるメモリ部に格納する。

ステップＳ５０６では、制御装置１０３は、センサユニット１０１が現在測定中の穴１１３の底面まで到達したか否かを判定する。すなわち、制御装置１０３は、ロボットコントローラ１０４から移動完了情報を受信するとセンサユニット１０１が穴１１３の底面まで到達したと判断する。一方、制御装置１０３は、ロボットコントローラ１０４から移動完了情報を受信しない場合は、該移動完了情報を受信するまでステップＳ５０４、Ｓ５０５を繰り返す。

ステップＳ５０７では、データ演算部１１７は、画像メモリ１１６に展開された撮影画像データ毎に、該撮影画像データを処理して、リングレーザ光による光切断線（光リング）に沿った各点（測定点に対応）の座標情報である光切断線の画素位置情報を生成し、該画素位置情報を用いて三角測量法に基づく演算を行い、穴１１３の内面の３次元位置座標値を求めて測定点データを取得し、穴形状データを生成する。また、補正用センサ演算部１１４は、制御装置１０３のメモリ部に格納された、補正用センサ１１０からの信号に基づいて、対応する撮影画像データにおける、センサユニット１０１（又は多関節ロボット１０２）の基準位置からの変位量（ずれ）に関する３次元変位量データを生成する。なお、該３次元変位量データの各々は、対応する撮影画像データ、すなわち、穴形状データに関連付けられている。

ステップＳ５０８では、データ演算部１１７は、１ライン毎（撮影間隔毎）に、３次元変位量データの座標値（ｘ、ｙ、ｚ）を穴形状データの座標値（ｘ、ｙ、ｚ）に加算することにより、３次元座標データである補正後穴形状データを生成する。ステップＳ５０９では、データ演算部１１７は、ステップＳ５０８にて生成された各ラインの補正後穴形状データを統合することにより、測定中の穴１１３に対する３次元穴形状データを生成し、該生成された３次元穴形状データを制御装置１０３が備えるメモリ部に格納する。

ステップＳ５１０では、レーザ制御部１１５は、レーザ光源１０６を制御して、レーザ光２０１の発振を停止させる。ステップＳ５１１では、制御装置１０３は、制御装置１０３が備えるメモリ部に格納された測定が終了した穴の数に対応するカウント値を１つ増加させ、増加後のカウント値が現在測定中のワーク１１２の穴の数と一致するか否かを判定する。すなわち、制御装置１０３は、上記種類情報に基づいて制御装置１０３が備えるメモリ部を参照して現在測定中のワークの穴の個数を抽出し、上記増加後のカウント値と比較する。上記増加後のカウント値が抽出されたワークの穴の個数よりも小さい場合は、制御装置１０１は、他の穴の検査が必要であると判断し、ステップＳ５０２に戻り、他の穴についてステップＳ５０３〜Ｓ５１０を行う。上記増加後のカウント値が抽出されたワークの穴の個数と等しい場合は、現在測定中のワークの穴の全ての検査が完了したと判断し、ステップＳ５１２に進む。

ステップＳ５１２では、データ演算部１１７は、制御装置１０３が備えるメモリ部に格納されたマスタデータを読み出し、生成された各３次元穴形状データとマスタデータとを比較する。データ演算部１１７は、上記比較により、３次元穴形状データにおいてマスタデータと異なる部分が抽出されると、該部分の大きさを閾値と比較する。この異なる部分が閾値よりも大きい場合は欠陥とする。すなわち、データ演算部１１７は、３次元穴形状データをマスタデータに対して照合することにより、穴１１３に存在する欠陥を抽出する。データ演算部１１７は、各３次元穴形状データについて、欠陥と判定された部分の個数が閾値（例えば、１）以上である場合、ＮＧ（不合格）と判定し、閾値未満である場合、ＯＫ（合格）と判定する。ステップＳ５１３では、制御装置１０３は、検査された穴に欠陥があると判定される場合は、表示部１１９において、欠陥の位置をワーク１１２の穴１１３の展開図上に表示する。

本実施形態に係る内面形状検査装置は、入射方向斜め前方に円錐状のリングレーザを照射しながら穴の内面を撮像するため、従来のようにレーザ光が照射されない領域が生じない。そのため、内面形状検査装置は、穴の内底面付近の内面の形状の検査が可能となる。また、内面形状検査装置は、リレーレンズを含む内視鏡を備えることで、高分解能のカメラの使用を可能にし、高解像度の画像を用いた高精度の欠陥検査を可能にする。さらに、内面形状検査装置は、補正用センサを用いてセンサユニットの位置ずれに起因する穴の内面の座標データを補正することができるため、穴の内面の形状検査を高精度に実現できる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る内面形状検査装置の概略を示す模式図である。本実施形態に係る内面形状検査装置６００は、レーザ光が円筒ガラスの側面において内部反射することによる測定結果へのノイズを低減することができ、さらに、大きな頂角の円錐状のリングレーザ光を照射することができる。つまり、内面形状検査装置６００は、測定死角およびノイズを低減し、小径の穴に対しても、大きな頂角の円錐状のリングレーザ光を照射を可能にする。以下、本実施形態に係る内面形状検査装置について詳細に説明する。

図６において、内面形状検査装置６００は、円錐状のリングレーザ光を出射し、該リングレーザ光の投影像を撮影するセンサユニット６０１と、該センサユニット６０１を変位させる多関節ロボット６０２とを備える。また、内面形状検査装置６００は、センサユニット６０１の各機能を制御し、所定の演算を行う制御装置６０３と、多関節ロボット６０２の駆動を制御するロボットコントローラ６０４と、入力操作部６１８と、表示部６１９とを備える。入力操作部６１８は、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含み、表示部６１９は、内面形状検査装置６００の入力・設定状態、各種測定結果などをはじめとする種々の表示を行う。

センサユニット６０１は、円筒ガラス６０５と、スポットレーザ光源６０６と、円錐レンズ６０７と、内視鏡６０８と、カメラ６０９と、補正用センサ６１０とを備えている。円筒ガラス６０５は、中空部と、端面としての一方端６０５ａ（円筒ガラス６０５の底面）とを有している。この円筒ガラス６０５および一方端６０５ａは、後述する、レーザ光７０１およびリングレーザ光７０３に対して透明である。レーザ光源６０６と、円錐レンズ６０７と、内視鏡６０８とは円筒ガラス６０５の中空部に設けられている。ここで、中空部内に少なくとも円錐レンズ（リングレーザ生成部）６０７が設けられた円筒ガラス６０５を、リングレーザ生成部材ともいう。内視鏡６０８は、レーザ光源６０６側にスコープ部６０８ａを有しており、スコープ部６０８ａとは反対側でカメラ６０９に接続されている。カメラ６０９は、内視鏡６０８のスコープ部６０８ａにより見えている像を所定の撮影間隔（測定間隔）で撮影し、該撮影間隔毎（フレーム毎）の撮影画像データを取得する。すなわち、円錐レンズ６０７から出射されたリングレーザ光は穴６１３の内壁面に投影像（光リング）を形成し、カメラ６０９は内視鏡６０８を介して該投影像を撮影する。円錐レンズ６０７は、レーザ光源６０６から発振されたレーザ光を、該レーザ光の入射方向斜め前方へ向けて、円錐状のリングレーザ光として出射する出射部を含む。なお、カメラ６０９は、例えばＣＣＤカメラのように、像を撮影し、撮影画像データを取得できるものであればいずれを用いても良い。カメラ６０９として高分解能カメラを用いることは好ましい。また、内視鏡６０８を用いずに、カメラ６０９により光リングを直接撮影しても良い。

円筒ガラス６０５の内部において、スコープ部６０８ａと円筒ガラス６０５の一方端（底面）６０５ａとの間には、レーザ光源６０６が設けられている。図７に示すように、レーザ光源６０６は、一方端６０５ａ（すなわち、円錐レンズ６０７）に向かってレーザ光７０１を照射する。なお、レーザ光源６０６を円筒ガラス６０５の外部に設け、外部に設けられたレーザ光源６０６から出射されたレーザ光７０１をスコープ部６０８ａが設けられた端面から出射する機能を内視鏡６０８に持たせ、該内視鏡６０８からレーザ光７０１を出射するようにしても良い。

レーザ光源６０６と、一方端６０５ａとの間には、少なくとも１面が円錐状のレンズである円錐レンズ６０７が設けられている。円錐レンズ６０７は、紫外線硬化剤７０２により円筒ガラス６０５の内壁に固定されている。なお、円錐レンズ６０７を円筒ガラス６０５に対して支持できれば、いずれの構成を用いても良いことは言うまでもない。円錐レンズ６０７は、円錐状の凸部６０７ａ、および円錐状の凹部６０７ｂを有しており、円錐状の凸部６０７ａがレーザ光源６０６側に位置し、円錐状の凹部６０７ｂがリングレーザの出射側である一方端６０５ｂ側に位置する。

レーザ光源６０６から出射されたレーザ光７０１が円錐状の凸部６０７ａの頂点６０７ｃを含む領域に照射されるように、レーザ光源６０６と円錐レンズ６０７とは位置決めされている。よって、円錐状の凸部６０７ａは、円錐レンズ６０７の、レーザ光１０５が入射される入射部としても機能し、円錐状の凸部６０７ａから入射したレーザ光７０１は、円錐レンズ６０７内にて屈折され、円錐状の凹部６０７ｂから円錐状のレーザ光７０３として出射される。円錐レンズ６０７の円錐状のリングレーザ光７０３の出射部としても機能する円錐状の凹部６０７ｂは、一方端６０５ａ近傍に位置するので、円錐状のリングレーザ光７０３は、センサユニット６０１の端部である円筒ガラス６０５の一方端６０５ａから出射される。すなわち、センサユニット６０１は、該センサユニット６０１の先端部（一方端６０５ａ）から円錐状のリングレーザ光７０３を出射する。このように、本実施形態では、円錐レンズ６０７により、レーザ光７０１を透過屈折させることによりリングレーザ光７０３を生成している。

図６において、基板支持台６１１上には、検査対象である穴６１３が形成された被検査部材（ワーク）６１２が載置されている。多関節ロボット６０２は、ロボットコントローラ６０４の制御により、センサユニット６０１のセンシング部分（本実施形態では、レーザ光源６０６、円錐レンズ６０７、内視鏡６０８）を穴６１３内に挿入する。本実施形態では、ロボットコントローラ６０４は、カメラ６０９の撮影間隔と同じピッチで上記センシング部分が穴６１３内に定速で挿入されるように多関節ロボット６０２を制御する。ただし、多関節ロボット６０２の軌跡精度が悪い場合は、測定中においてセンサユニット６０１が位置すべき位置からずれることがある。そこで、本実施形態では、補正用センサ６１０をセンサユニット６０１に設け、該補正用センサユニット６１０によって取得された補正用データを用いてデータ上で多関節ロボットによるカメラ６０９の位置ずれを補正する。

本実施形態では、センサユニット６０１の基準位置からのずれ量を測定するための補正用センサ６１０は、３軸変位センサと３軸角度センサとを有する。３軸変位センサは、検知結果に基づいて、基準位置からの変位量に関する変位量信号を生成する。３軸角度センサは、検知結果に基づいて、互いに直交する３軸の各々に対する変位角（角度変化）に関する変位角信号を生成する。なお、補正用センサ６１０として、３軸加速度センサと３軸角速度センサとの組み合わせであっても良いし、３軸変位センサと３軸角速度センサとの組み合わせ、あるいは３軸加速度センサと３軸角度センサとの組み合わせであっても良い。また、３軸加速度センサを補正用センサ６１０として用いても良い。ただし、３軸角度センサおよび３軸角速度センサのいずれか一方を３軸変位センサまたは３軸加速度センサと組み合わせて用いることにより、センサユニット６０１の重力変化が発生しない動作（例えば、センサユニット６０１のその場回転）においても、補正用センサ６１０の補正を効かせることができる。

制御装置６０３は、例えば、パーソナルコンピュータであり、センサユニット６０１の各部を制御する制御手段としての制御部である。また、制御装置６０３は、ロボットコントローラ６０４の駆動も制御する。例えば、制御装置６０３が、ロボット駆動コマンドをロボットコントローラ６０４に送信すると、該ロボットコントローラ６０４は、上記ロボット駆動コマンドに従って多関節ロボット６０２に所定の動作をさせる。制御装置６０３は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ、ならびにこのＣＰＵによって実行される様々な制御プログラム（例えば、図８に示すプログラム）などを格納する領域、およびＣＰＵの処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納する領域を有するメモリ部（不図示）を備えている。該メモリ部は、後述する画像メモリ６１６を有している。また、上記メモリ部には、検査対象の穴の表面形状を示す基準点データが格納されている。

本実施形態では、リングレーザ光を用いた光切断法による形状測定を行う。また、制御装置６０３は、カメラ６０９による画像取り込みと、補正用センサ６１０による検知とが同期するように、カメラ６０９と補正用センサ６１０とを駆動させる。従って、あるタイミングでカメラ６０９にて生成された撮影画像データと、該タイミングで取得された変位量信号および変位角信号とは、時刻やメモリ部に格納された順番などを用いて関連付けられる。例えば、時刻で関連付ける場合は、同期して取得された撮影画像データおよび変位量信号、変位角信号に、取得された時刻に関する情報を付加すれば良い。また、順番で関連付ける場合は、撮影画像データ、ならびに変位量信号および変位角信号のそれぞれが制御装置６０３に送信された順に対応するメモリ部に格納すれば良い。

制御装置６０３は、補正用センサ演算部６１４と、レーザ制御部６１５と、画像メモリ６１６と、データ演算部６１７とを備えている。補正用センサ演算部６１４は、該補正用センサ６１０より送信された変位量信号、および変位角信号から、多関節ロボット６０２の基準位置からの変位量（ｘ、ｙ、ｚ）を算出し、補正用データとしての３次元変位量データを生成する。上記変位量信号および変位角信号は、これら信号の検知と同期して取得された撮影画像データと関連付けられている。このため、上記３次元変位量データも、対応する撮影画像データと関連付けられている。レーザ制御部６１５は、レーザ光源６０６を制御して、レーザ光７０１を発振させ、また該レーザ光７０１（リングレーザ光７０３）の投光強度を制御する。画像メモリ６１６は、カメラ６０９より送信された撮影画像データの各々を格納する。該撮影画像データも、画像メモリ６１６において、対応する変位量信号および変位角信号（すなわち、３次元変位量データ）と関連付けられている。

データ演算部６１７は、画像メモリ６１６に展開された撮影画像データに対して座標変換等を行ってリングレーザ光７０３による光切断線を検出する。データ演算部６１７は、該光切断線の座標値から三角測量法に基づいて演算することで、光切断線を形成している測定中の穴６１３の３次元断面形状に対応する多数の測定点データ（距離画像）を生成する。ここでいう距離画像とは、測定点としての画素にその３次元位置座標値を割り当てた測定データである。なお、本明細書では、上記多数の測定点データを、「穴形状データ」と呼ぶことにする。データ演算部６１７は、補正用センサ演算部６１４にて取得された３次元変位量データにより上記穴形状データを補正して補正された穴形状データ（以降、「補正後穴形状データ」とも呼ぶ）を生成する。データ演算部６１７は、この補正後穴形状データは１ラインデータ（所定の光切断線に対応するデータ）であるので、ライン毎（撮影毎）の補正後穴形状データを統合して、３次元穴形状データを生成する。データ演算部（欠陥抽出部）６１７は、該生成された３次元穴形状データと、欠陥の無い基準点データ（以降、「マスタデータ」とも呼ぶ）との照合により、欠陥を抽出し、検査対象の穴６１３はＯＫ（合格）なのか、ＮＧ（不合格）なのかを判定する。

なお、本明細書において、「基準点」とは、検査対象の穴の表面全体の基準となる点である。すなわち、基準点は、検査対象である穴の表面形状の、測定点の位置合わせのターゲットとなる点であり、欠陥が無い理想的な仕上がりを有する穴（以降、“マスタ”とも呼ぶ）に対してリングレーザ光による検査対象の穴の３次元断面形状の測定を行った場合の測定点に対応するものである。よって、基準点データは、基準点の３次元の位置情報（ｘ、ｙ、ｚ）を有し、穴に対する欠陥の無い基準形状に関する３次元の位置情報である。

上述したように構成された内面形状検査装置６００を用いた、検査対象となる穴の検査手順を図８に示されたフローチャートを用いて以下に説明する。例えば制御装置６０３が有するＣＰＵによって実行される処理である。従って、処理の制御は、制御装置６０３が有するＣＰＵが、制御装置６０３が有するメモリ部に格納された図８に示す処理を行うプログラムを読み出し、該プログラムを実行することによって行われる。

本実施形態では、制御装置６０３のメモリ部は、様々なワークに関する情報（穴の個数、穴の深さ（穴底までの距離）、穴が複数ある場合は穴の間隔など）を保持している。よって、ユーザが入力操作部６１８を介して検査対象のワークを特定する情報を入力すると、制御装置６０３は、メモリ部を参照して、検査対象となるワークの種類を抽出することができる。また、ロボットコントローラ６０４は、ワークの種類毎に該ワークの穴の各々に定速でセンサユニット６０１を挿入し、該穴の底部までセンサユニット６０１を移動させるよう多関節ロボット６０２を制御するように構成されている。さらに、ロボットコントローラ６０４は、多関節ロボット６０２の駆動によりセンサユニット６０１が穴６１３の底面まで到達したと判断する際には、制御装置６０３に、センサユニット６０１が穴の底面まで到達したことを示す移動完了情報を送信するように構成されている。

本実施形態に係る内面形状検査を行うために、基板支持台６１１上に３つの穴６１３が設けられたワーク６１２がセットされる。ユーザが入力操作部６１８を介して、基板支持台６１１上に載置したワーク６１１の種類を入力し、測定開始を指示すると、制御装置６０３は、ユーザからの測定開始指示、およびワークの種類を受付ける（ステップＳ８０１）。ステップＳ８０２では、レーザ制御部６１５は、レーザ光源６０６を駆動してレーザ光７０１を出射させる。これにより、円錐レンズ６０７に入射したレーザ光７０１は、円錐状の凸部６０７ａおよび円錐状の凹部６０７ｂの形状、ならびに屈折により、リングレーザ光７０３として出射される。

ステップＳ８０３では、制御装置６０３は、ロボットコントローラ６０４にユーザが入力したワーク６１１の種類に関する種類情報を送信し、ロボットコントローラ６０４に、センサユニット６０１が検査対象となる穴６１３の測定開始位置に位置するように多関節ロボット６０２を駆動させる。すなわち、ロボットコントローラ６０４は、制御装置６０３から送信された種類情報に基づいて多関節ロボット６０２を制御して、ステップＳ８０１にてユーザに指定されたワーク６１２の穴６１３を測定するように測定開始位置にセンサユニット６０１を位置させる。

ステップＳ８０４では、制御装置６０３は、ロボットコントローラ６０４に駆動コマンドを送信し、ロボットコントローラ６０４に多関節ロボット６０２の駆動を開始させる。ロボットコントローラ６０４は、上記種類情報により、検査対象の穴６１３の深さ（穴の開口面から底面までの距離）を認識しているので、多関節ロボット６０２を制御して、センサユニット６０１が穴６１３の底面に到達するまで該センサユニット６０１を一定の速度で穴６１３内に挿入させる。すなわち、多関節ロボット６０２は、カメラ６０９の撮影間隔に対応するピッチでセンサユニット６０１のセンシング部分を、穴６１３の底面に到達するまで等速で穴６１３の内部に挿入する。なお、ロボットコントローラ６０４は、上述のように、現在検査中の穴６１３の深さを認識しているので、多関節ロボット６０２の制御量（センサユニット６０１の穴の深さ方向の移動量）が穴６１３の深さと一致すると、センサユニット６０１が穴６１３の底面まで到達したと判断し、制御装置６０３に移動完了情報を送信する。

ステップＳ８０５では、制御装置６０３は、上記ステップＳ８０４と同時に、カメラ６０９に撮影コマンドを送信し、該カメラ６０９に穴６１３の内面に照射されたリングレーザ光７０３による照射像である光リングを撮影させ、撮影画像を取り込ませる。また、制御装置６０３は、カメラ６０９への撮影コマンドと同時に、補正用センサ６１０に検知開始コマンドを送信し、補正用センサ６１０としての、３軸変位センサおよび３軸角度センサの検知を開始させる。ステップＳ８０４とステップＳ８０５とを同時に行うことにより、センサユニット６０１のセンシング部分を穴６１３の深さ方向に移動させると同時に、リングレーザ光７０３により形成された光リングの投影像を撮影し、該撮影と同期して補正用センサ６１０による検知を行う。カメラ６０９は、所定の撮影間隔で穴６１３の内面に形成された光リングを撮影し、該撮影毎に撮影画像データを生成し、制御装置６０３に送信する。補正用センサ６１０は、３軸変位センサおよび３軸角度センサによる検知結果によって出力される変位量信号および変位角信号を、同期して生成された撮影画像データと関連付けて制御装置６０３に送信する。制御装置６０３は、カメラ６０９から受信した撮影画像データを画像メモリ６１６に格納し、補正用センサ６１０から受信した、変位量信号および変位角信号を制御装置６０３が備えるメモリ部に格納する。

ステップＳ８０６では、制御装置６０３は、センサユニット６０１が現在測定中の穴６１３の底面まで到達したか否かを判定する。すなわち、制御装置６０３は、ロボットコントローラ６０４から移動完了情報を受信するとセンサユニット６０１が穴６１３の底面まで到達したと判断する。一方、制御装置６０３は、ロボットコントローラ６０４から移動完了情報を受信しない場合は、該移動完了情報を受信するまでステップＳ８０４、Ｓ８０５を繰り返す。

ステップＳ８０７では、データ演算部６１７は、画像メモリ６１６に展開された撮影画像データ毎に、該撮影画像データを処理して、リングレーザ光による光切断線（光リング）に沿った各点（測定点に対応）の座標情報である光切断線の画素位置情報を生成し、該画素位置情報を用いて三角測量法に基づく演算を行い、穴６１３の内面の３次元位置座標値を求めて測定点データを取得し、穴形状データを生成する。また、補正用センサ演算部６１４は、制御装置６０３のメモリ部に格納された、変位量信号および変位角信号に基づいて、対応する撮影画像データにおける、センサユニット６０１（多関節ロボット６０２）の基準位置からの変位量に関する３次元変位量データを生成する。なお、３次元変位量データの各々は、対応する撮影画像データ、すなわち、穴形状データに関連付けられている。

ステップＳ８０８では、データ演算部６１７は、１ライン毎（撮影間隔毎）に、３次元変位量データの座標値（ｘ、ｙ、ｚ）を穴形状データの座標値（ｘ、ｙ、ｚ）に加算することにより、３次元座標データである補正後穴形状データを生成する。ステップＳ８０９では、データ演算部６１７は、ステップＳ８０８にて生成された各ラインの補正後穴形状データを統合することにより、測定中の穴６１３に対する３次元穴形状データを生成し、該生成された３次元穴形状データを制御装置６０３が備えるメモリ部に格納する。

ステップＳ８１０では、レーザ制御部６１５は、レーザ光源６０６を制御して、レーザ光７０１の発振を停止させる。ステップＳ８１１では、制御装置６０３は、該制御装置６０３が備えるメモリ部に格納された測定が終了した穴の数に対応するカウント値を１つ増加させ、増加後のカウント値が現在測定中のワーク６１２の穴の数と一致するか否かを判定する。すなわち、制御装置６０３は、上記種類情報に基づいて制御装置６０３が備えるメモリ部を参照して現在測定中のワークの穴の個数を抽出し、上記増加後のカウント値と比較する。上記増加後のカウント値が抽出されたワークの穴の個数よりも小さい場合は、制御装置６０１は、他の穴の検査が必要であると判断し、ステップＳ８０２に戻り、他の穴についてステップＳ８０３〜Ｓ８１０を行う。上記増加後のカウント値が抽出されたワークの穴の個数と等しい場合は、現在測定中のワークの穴の全ての検査が完了したと判断し、ステップＳ８１２に進む。

ステップＳ８１２では、データ演算部６１７は、制御装置６０３が備えるメモリ部に格納されたマスタデータを読み出し、生成された各３次元穴形状データとマスタデータとを比較する。データ演算部６１７は、上記比較により、３次元穴形状データにおいてマスタデータと異なる部分が抽出されると、該部分の大きさを閾値と比較する。この異なる部分が閾値よりも大きい場合は欠陥とする。すなわち、データ演算部６１７は、３次元穴形状データをマスタデータに対して照合することにより、穴６１３に存在する欠陥を抽出する。データ演算部６１７は、各３次元穴形状データについて、欠陥と判定された部分の個数が閾値（例えば、１）以上である場合、ＮＧ（不合格）と判定し、閾値未満である場合、ＯＫ（合格）と判定する。ステップＳ８１３では、制御装置６０３は、検査された穴に欠陥があると判定される場合は、表示部６１９において、欠陥の位置をワーク６１２の穴６１３の展開図上に表示する。

本実施形態によれば、円錐レンズ６０７により、入射されたレーザ光７０１を透過させ、かつ屈折によりリングレーザ光７０３を形成しているので、リングレーザ光を生成する部材である円錐レーザ６０７の、レーザ光７０１の入射側と反対側からリングレーザ光７０３を出射することができる。よって、円錐レンズ６０７のリングレーザ光７０３の出射部を、センサユニット６０１の先端部（一方端６０５ａ）に極端に近づけることができ、該センサユニット６０１の先端部からリングレーザ光７０３を出射することができる。すなわち、端面出射構造を実現することができる。よって、リングレーザ光７０３の円筒ガラス６０５に対する入射角を小さくすることができる。例えば、従来の側面出射構造と比較すると、リングレーザ光のガラス面への入射角を、従来の側面出射構造よりも小さくすることができる。このように、円筒ガラスへの入射角を小さくすることができるので、内部反射の発生を低減することができる。また、従来のように、ミラーによる反射ではなく、透過屈折によりリングレーザ光を生成しているので、乱反射の発生を低減することができる。このように、本実施形態によれば、リングレーザ光の生成部（本実施形態では、レーザ光源６０６および円錐レンズ６０７）を支持するための円筒ガラス６０５における内部反射、および乱反射に起因するノイズの発生を低減することができる。

また、本実施形態では、円錐レンズ６０７における透過屈折によりリングレーザ光７０３を形成しているので、円錐レンズ６０７の形状を変えなくても、円錐レンズ６０７の性質（すなわち、屈折率）を変えることで、円錐状のリングレーザ光７０３の頂角θを調節することができる。例えば、同一の形状であっても、円錐レンズ６０７の屈折率を大きくすることにより、円錐状のリングレーザ光７０３の頂角θを大きくすることができ、円錐レンズ６０７の屈折率を小さくすることにより、円錐状のリングレーザ光７０３の頂角θを小さくすることができる。もちろん、円錐レンズ６０７の形状を変えても円錐状のリングレーザ光７０３の頂角θを調節することができる。このように、本実施形態では、頂角θを調節するパラメータが円錐レンズ６０７の形状、および屈折率の２つであり、従来の円錐ミラーによるリングレーザ光生成に比べて頂角θの調節パラメータを多くすることができる。よって、従来よりも、頂角θをより自由度が高く調節することができる。

また、円錐レンズ６０７の出射部と一方端６０５ａとの間にいずれの部材も介在せず、該出射部を該一方端６０５ａに近づけることができる（円錐レンズ６０７の構造（例えば、後述する図９（ａ）、（ｂ）の構造）によっては接触させることができる）。よって、従来の円錐ミラーのように、端面出射構造を実現するためにリングレーザ光形成部（従来では、円錐ミラー、本実施形態では、円錐レンズ）を小型化しなくても、端面出射構造を実現することができる。

また、本実施形態では、上述のように、センサユニット６０１の先端部（端面）である一方端６０５ａになるべく近い箇所（円錐レンズ６０７の構造（例えば、後述する図９（ａ）、（ｂ）の構造）によっては一方端６０５ａに接触した位置）からリングレーザ光７０３を出射することができる。よって、上記一方端６０５ａの径を小さくしても、大きな頂角θを有するリングレーザ光７０３を一方端６０５ａから出射することができる。すなわち、端面出射構造により、広い頂角θの円錐状のリングレーザ光７０３を出射することができる。例えば穴６１３が小径である場合、円筒ガラス６０５も径を小さくしなければならず、それに伴って一方端６０５ａの径も小さくする必要がある。しかしながら、本実施形態によれば、上述のように、一方端６０５ａの径が小さくても、広い頂角θの円錐状のリングレーザ光７０３をセンサユニット６０１の先端部（一方端６０５ａ）から出射することができる。従って、小径の穴６１３に対しても、大きな頂角θの円錐状のリングレーザ光を端面出射構造により照射することができる。

さらに、本実施形態では、円錐レンズ６０７による屈折により、センサユニット６０１の進行方向に対して斜め前方に円錐状のリングレーザ光を照射させているので、穴６１３に底がある場合、穴の底部までリングレーザ光７０３を照射することができる。よって、底部を有する穴に対して底部まで側面形状を測定することができ、測定死角を低減、あるいは無くすことができる。

このように、本実施形態によれば、円錐レンズ６０７を用いて、入射部から入射したレーザ光を屈折させ、該入射部と反対側の出射部から円錐状のリングレーザ光として出射しているので；（１）内部反射および乱反射に起因するノイズを低減すること；（２）小径の穴に対しても、大きな頂角θの円錐状のリングレーザ光をセンサユニットの先端部から照射できること；および（３）底を有する穴に対しても、死角を低減、あるいは無くして内壁面の形状を測定できること、を同時に達成することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、円錐状の凸部６０７ａおよび円錐状の凹部６０７ｂを有する円錐レンズ６０７により円錐状のリングレーザ光７０３を生成しているが、円錐状のリングレーザ光７０３を形成する構成はこれに限定されない。例えば、図９（ａ）に示すように、レーザ光７０１の入射部側、およびリングレーザ光の出射部側共に円錐状の凸部６０７ａとする構造であっても良いし、図９（ｂ）に示すように、レーザ光７０１の入射部側を平面９０１とし、リングレーザ光の出射部側を円錐状の凸部６０７ａとする構造であっても良い。また、図９（ｃ）に示すように、レーザ光７０１の入射部側を平面９０１とし、リングレーザ光の出射部側を円錐状の凹部６０７ｂとする構造であっても良い。このように、レーザ光７０１の光軸上のレンズ面の少なくとも一面が円錐状であり、レーザ光７０１の入射部と反対側から円錐状のリングレーザ光を出射するレンズであればいずれのレンズを用いても良い。また、入射したレーザ光を屈折によりリングレーザ光として出射することができるのであれば、複数のレンズを組み合わせても良い。本発明における本質は、入射部から入射されたレーザ光を屈折によりリングレーザ光とし、かつ該屈折により形成されたリングレーザ光を入力部と反対側から出射することであり、該本質事項を実現できる構造であれば、いずれの構造を用いても良い。

１００：内面形状検査装置、１０１：センサユニット、１０２：多関節ロボット（ロボット）、１０３：制御装置（演算部）、１０４：ロボットコントローラ、１０５：円筒ガラス、１０６：レーザ光源、１０７：円錐ミラー（出射部）、１０８：内視鏡、１０９：カメラ（撮影部）、１１７：データ演算部（欠陥抽出部）、２０１：レーザ光、２０１Ｒ：円錐状のリングレーザ光、６０７：円錐レンズ（リングレーザ生成部）、６０５：円筒ガラス（リングレーザ生成部材）、

Claims (9)

1. 被検査部材に形成された穴の内面形状を測定するためのセンサユニットであって、
   レーザ光源から発振されたレーザ光を、該レーザ光の入射方向斜め前方へ向けて、円錐状のリングレーザ光として出射する出射部を備えるセンサユニット。
2. 前記出射部は、前記レーザ光源から発振されたレーザ光を入射する入射部を有し、該入射部から入射された前記レーザ光を屈折させて、円錐状のリングレーザ光として前記入射部と反対側から出射するリングレーザ生成部である、請求項１に記載のセンサユニット。
3. 前記リングレーザ生成部は、円錐レンズであり、
   前記レーザ光源から発振されたレーザ光の光軸上の、前記円錐レンズのレンズ面の少なくとも一面が円錐状である請求項２に記載のセンサユニット。
4. 中空部、および前記リングレーザ光に対して透明な端面を有し、前記中空部内に少なくとも前記リングレーザ生成部が設けられたリングレーザ生成部材をさらに備え、
   前記リングレーザ生成部から出射された前記リングレーザ光が前記端面から出射される請求項２または３に記載のセンサユニット。
5. 前記中空部内に設けられ、前記リングレーザ生成部から出射されたリングレーザ光の投影像を撮影する撮影部に接続された内視鏡をさらに備え、
   前記内視鏡は、前記撮影部が該内視鏡を介して前記投影像を撮影するように構成されている請求項２乃至４のいずれか１項に記載のセンサユニット。
6. 前記センサユニットの基準位置からのずれ量を測定する、３軸変位センサおよび３軸角度センサをさらに備える請求項２乃至５のいずれか１項に記載のセンサユニット。
7. 前記リングレーザ光が照射された前記穴の内面が入る視野有し、リレーレンズを内部に含む内視鏡をさらに備え、
   前記出射部は、円錐ミラーである、請求項１に記載のセンサユニット。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサユニットと、
   前記センサユニットに接続され、該センサユニットを前記穴に挿入するロボットと、
   前記撮像部にて得られた撮影画像から前記穴の断面形状を取得する演算部と
   を備える内面形状検査装置。
9. 前記取得された断面形状と、前記穴に対する欠陥の無い基準形状とを比較して、前記穴に存在する欠陥を抽出する欠陥抽出部をさらに備える請求項８に記載の内面形状検査装置。